純水凈化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王棟

【摘要】 目前，水污染日趨嚴(yán)重，人們的健康飲水問(wèn)題成了急需解決的一大問(wèn)題。為了改善我們?nèi)粘ｏ嬎馁|(zhì)量問(wèn)題，筆者研究了家用純水機(jī)系統(tǒng)，以自來(lái)水為水源的純水制備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。通過(guò)UF超濾、RO反滲透膜、EDI裝置以及紫外燈照射等方法使自來(lái)水達(dá)到可以供人類健康飲用的純水。采用智能化控制，由電導(dǎo)率傳感器、電阻率傳感器檢測(cè)水質(zhì)。

【關(guān)鍵字】 健康 純水 智能化控制

本系統(tǒng)以單片機(jī)ATmega128為核心，采用繼電器控制電磁閥達(dá)到反滲透膜技術(shù)，智能過(guò)濾、加壓、沖洗、循環(huán)，附加以電導(dǎo)率測(cè)定傳感器、電導(dǎo)率測(cè)試傳感器檢測(cè)水質(zhì)，且水質(zhì)檢測(cè)自動(dòng)顯示，從而獲得了高質(zhì)量的產(chǎn)出水，它的出水電阻率一般均可達(dá)到18MΩ/cm 。并設(shè)有人機(jī)交互界面，采用鍵盤輸入，液晶顯示，界面友好，易于操作。

一、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理介紹

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括微處理器，繼電器模塊，電源模塊，按鍵模塊，液晶顯示模塊和傳感器模塊組成。

系統(tǒng)功能模塊工作原理介紹：

電源模塊：將外部鋰電池輸入的DC24V電源進(jìn)行穩(wěn)壓及電壓變換，以便供給各個(gè)系統(tǒng)工作模塊，為保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠采用了DC/DC電源轉(zhuǎn)換模塊。

微處理器：采用ATmega128，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制，通過(guò)按鍵及液晶顯示對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)置，運(yùn)行過(guò)程中接收電阻傳感器、電導(dǎo)傳感器信號(hào)檢測(cè)水質(zhì)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，以控制系統(tǒng)更好運(yùn)行。

繼電器模塊：通過(guò)微處理器控制繼電器實(shí)現(xiàn)超濾UF，反滲透RO，EDI系統(tǒng)，高純水循環(huán)等功能。

傳感器模塊：由電導(dǎo)率傳感器，電阻率傳感器組成，將檢測(cè)信息反饋給微處理器，以達(dá)到檢測(cè)水質(zhì)的目的。

液晶顯示模塊：采用液晶12864，串行通信的方式，解決了單片機(jī)I/O資源有限的問(wèn)題?？梢赃M(jìn)行背光調(diào)節(jié)，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間沒有按鍵操作時(shí)，液晶顯示進(jìn)入節(jié)電模式。

二、制水工藝流程圖

制水工藝流程如圖1所示，自來(lái)水通過(guò)超濾UF后通過(guò)加壓泵進(jìn)入RO反滲透，將純凈水和濃縮水分離之后進(jìn)入EDI裝置生產(chǎn)出穩(wěn)定的去離子水，之后進(jìn)入水箱通過(guò)加壓泵進(jìn)行高純水循環(huán)，生產(chǎn)出達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的純水。

當(dāng)傳感器檢測(cè)的信息達(dá)到設(shè)定值時(shí)，便可以進(jìn)行高純水取水。取水時(shí)通過(guò)液晶查看傳感器檢測(cè)的水質(zhì)信息，以便放心飲用。

三、主控制模塊設(shè)計(jì)

最小系統(tǒng)采用AVR系列的ATmega128L單片機(jī)為主控制芯片，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、下載電路、電源指示電路。其中單片機(jī)具有128KB的程序存儲(chǔ)區(qū)、4KB內(nèi)部SRAM完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，S1為復(fù)位按鍵，采用低電平復(fù)位，電容C2與電阻R5組成上電復(fù)位電路，為了提高串行通信波特率的準(zhǔn)確度，時(shí)鐘電路采用11.0592M晶振與C15、C16組成振蕩電路，便于觀察系統(tǒng)電源采用了電源指示電路，R4與DS1串聯(lián)接到了5V電源兩端，其中R4是限流電阻。

ATmega128是基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega128 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾，完全達(dá)到系統(tǒng)要求。

ATmega128具有如下特點(diǎn)：128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash足夠程序存放；4K字節(jié)的EEPROM用于存儲(chǔ)報(bào)警信息；53個(gè)通用I/O口線可以控制繼電器；8通道10位ADC用于傳感器模塊信息采集，ADC噪聲抑制模式時(shí)CPU和所有的I/O模塊停止運(yùn)行，而異步定時(shí)器和 ADC 繼續(xù)工作，以減少ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲；具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器可以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)UF超濾、RO反滲透、EDI裝置、高純水循環(huán)等功能，幫助我們使用更加安全的家庭用水。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]閻俊、夏志忠.單片機(jī)的外圍電路設(shè)計(jì)，中國(guó)電子技術(shù)信息網(wǎng) 2004.5

[2] AVR ENHANCED RISC MICROCONTROLLER DATA DOOK[3]耿德根.宋建國(guó)，馬潮 .AVR 高速嵌入式單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]，第二版，北京航空航天大學(xué)出版社 2002